淋洗对镉污染修复土壤微生物群落的影响

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我国矿区周边大量农田受工矿活动影响,土壤重金属污染十分严重,已严重威胁农产品安全。常规的农田土壤修复技术无法满足矿区周边重金属重污染土壤的修复需求,而淋洗可以去除土壤中的部分重金属污染物,从而满足重污染农田安全利用的需求。但淋洗修复可能导致土壤养分和主要元素的流失、重金属活化、以及淋洗剂的残留等问题的产生,从而影响修复后土壤的生态环境功能。大量研究表明土壤酶和微生物群落对重金属污染土壤修复的生态环境效应有较好的响应。因此,在矿山周边重污染农田淋洗修复效果评估时,十分有必要从土壤酶活性和微生物群落结构及多样性等角度来评价不同淋洗剂对重金属污染土壤修复的生态环境效应。为研究淋洗对镉污染修复土壤微生物群落的影响,本研究以甘肃白银(NW)和四川会东(SW)的两个典型矿区周边Cd污染农田土壤作为研究对象,选用乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺四亚甲基膦酸(EDTMP)和三氯化铁(FC)3种淋洗剂作为供试淋洗剂进行室内淋洗模拟试验,并分别测定了淋洗后土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性、微生物群落结构、土壤Cd的化学形态和部分理化性质。研究结果表明:(1)3种淋洗剂对两种土壤Cd都具有一定的去除效果,淋洗效率达到13.27%-38.94%,在NW和SW土壤中,3种淋洗剂对土壤Cd的淋洗效率分别为EDTMP>EDTA>FC和EDTA>EDTMP>FC;SW土壤中EDTMP的淋洗效率低于EDTA,这可能与EDTMP受光解影响有关。(2)淋洗后土壤中Cd活性组分均显著降低;EDTMP淋洗后,2种土壤的Cd的非活性组分显著升高,这可能与其光解产物正磷酸盐对土壤中的Cd具有一定的钝化效果有关。(3)淋洗剂通过改变土壤p H、SOM、TN、AP和CEC等影响Cd淋洗效率和淋洗后土壤Cd的化学形态。(4)3种淋洗剂淋洗后土壤的酸性磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶活性发生显著变化;GMean指数和TEI结果表明,FC和EDTA对土壤的淋洗比EDTMP更有利于生物化学功能的恢复。(5)3种淋洗剂淋洗的土壤优势菌群结构发生明显变化;EDTMP淋洗后土壤细菌群落的多样性有所下降。(6)相关性分析和冗余分析(RDA)结果表明,3种淋洗剂主要通过降低土壤Cd含量、改变土壤中不同形态Cd的含量、改变土壤p H及养分含量来影响土壤酶活性和微生物群落结构及多样性。本研究可为矿山周边Cd重度污染农田土壤淋洗修复生态环境效应评价提供理论依据。
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